Explotación energética de biogás e hidrógeno renovable intensificada a través de materiales tri-funcionales y configuraciones de reactor no convencionales (EBHUC)

Biogas is a scarcely exploited resource in Spain. Currently, there are hardly any infrastructures for its utilization, contrasting with the situation in Northern Europe. The document “Hoja de ruta del biogás en España” (Biogas Roadmap in Spain), presented in October 2020 by the Spanish Government, foresees a production capacity of ca. 34 TWh/year by harnessing this renewable resource. Among its uses is heat production and its transformation through reforming (dry or with steam) into hydrogen. Among the primary sources of biogas, it can be highlighted the organic fraction of solid waste (OFMSW) or the sludge from wastewater treatment plants (WWTP). The capacity of other industries such as agricultural, cattle or agri-food should not be forgotten.

Our research group (CREG, https://creg.i3a.es) has been working for years on the thermocatalytic methanation of CO₂ contained in biogas. In this way, Synthetic Natural Gas (SNG) with characteristics analogous to fossil fuels can be obtained, which can be consumed on-site or injected in the yet existing natural gas network. In both cases, this transformation (“upgrading”) is particularly interesting as a means of transportation (via pipeline) and storage of renewable energy.

El proyecto de investigación consiste en estudiar el uso de corrientes de gas ricas en CO₂, juntamente con hidrógeno renovable para producir gas natural sintético (SNG o biometano). Como fuente de CO₂, se ha elegido un biogás con una composición cercana a la obtenida en vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU). Como fuente de hidrógeno se utilizará H₂ de alta pureza, como el producido a partir de excedentes de electricidad (procedentes de instalaciones eólicas o fotovoltaicas en horas "valle" -menor demanda que oferta-) mediante electrólisis. El producto resultante es el conocido "Gas Natural Sintético" (o "Gas Natural Renovable" o "Biometano") con características comparables a las de origen fósil, pero con un origen completamente "verde". Dicho producto podría inyectarse en la red de gas natural ya existente, favoreciendo el almacenamiento y transporte de energía

Para llevar a cabo este proceso, se ha propuesto adoptar dos formas de operar en paralelo: A) utilizando reactores convencionales (lecho fijo -FBR- y lecho fluidizado -FLBR-) y sólidos multifuncionales (trifuncionales) que operan cíclicamente en 2 etapas; y B) más tradicional en cuanto a los sólidos, pero con configuraciones de reactor "no convencionales" como politrópico (alimentación múltiple -PFBR-) y un reactor de lecho fijo con pared de membrana (MB-FBR).

More información:

• A. Sanz-Martínez, P. Durán, V.D. Mercader, E. Francés, J.Á. Peña, J. Herguido, Biogas Upgrading by CO2 Methanation with Ni-, Ni-Fe-, and Ru-Based Catalysts, Catalysts 12 (2022). https://doi.org/10.3390/catal12121609.
• P. Aragüés-Aldea, A. Sanz-Martínez, P. Durán, E. Francés, J.A. Peña, J. Herguido, Improving CO2 methanation performance by distributed feeding in a Ni-Mn catalyst fixed bed reactor, Fuel 321 (2022) 124075. https://doi.org/10.1016/J.FUEL.2022.124075.

Project: PID2022-136947OB-I00